A solução para a incrustação da superfície dos elétrodos

A incrustação da superfície dos elétrodos é um problema grave em muitos processos de produção eletroquímica e em sensores eletroquímicos. A incrustação dos elétrodos pode afetar o desempenho e a eficiência energética de uma célula eletroquímica. A sonicação é um meio eficaz para evitar e remover a incrustação dos elétrodos.

A incrustação dos elétrodos reduz o contacto físico do eletrólito com o elétrodo para a transferência de eletrões e, por conseguinte, reduz a velocidade da reação eletroquímica. Muitas vezes, o agente de incrustação adere a determinadas características estruturais da superfície do elétrodo em resultado de interações hidrofílicas, hidrofóbicas ou eletrostáticas entre o agente de incrustação e a superfície do elétrodo.

Os métodos de prevenção da incrustação incluem a modificação da superfície ou o revestimento com polímeros ou materiais à base de carbono, como nanotubos de carbono ou grafeno, devido à sua elevada área superficial, às suas propriedades eletrocatalíticas e à sua resistência à incrustação. Em alternativa, as nanopartículas metálicas podem apresentar propriedades de prevenção da incrustação combinadas com propriedades eletrocatalíticas e elevada condutividade elétrica.

A agitação mecânica ultrassónica é um método alternativo de prevenção da incrustação.

A agitação ultrassónica para a prevenção da incrustação utiliza ondas sonoras de alta frequência e alta intensidade num líquido para facilitar ou melhorar a remoção de agentes de incrustação de superfícies submersas num líquido ativado por ultrassons. A limpeza ultrassónica da superfície dos elétrodos é uma tecnologia única na sua capacidade de remover agentes de incrustação das superfícies dos elétrodos. A tecnologia de limpeza ultrassónica consegue penetrar e limpar qualquer superfície molhada de um elétrodo, incluindo furos cegos, roscas e contornos da superfície.
As exigências de maior limpeza da superfície dos elétrodos impulsionaram o desenvolvimento da tecnologia de agitação ultrassónica. Atualmente, é possível agitar mecanicamente os elétrodos à frequência ultrassónica ou agitar o líquido próximo do elétrodo para uma limpeza indireta da superfície do elétrodo.

Prevenção indireta da incrustação da superfície dos elétrodos

Na prevenção indireta da incrustação das superfícies dos elétrodos, a potência ultrassónica é transmitida ao líquido próximo do elétrodo. Este líquido adsorve a potência ultrassónica e transmite uma fração dessa potência à superfície do elétrodo, onde a cavitação ultrassónica resultante remove as camadas de incrustação. Em geral, este método indireto funciona segundo uma «linha de visão»; ou seja, tem de existir acesso direto à superfície contaminada para que seja eficaz.

Prevenção direta da incrustação da superfície dos elétrodos

A Hielscher Ultrasonics oferece uma conceção ultrassónica única para agitar diretamente os elétrodos. Nesta conceção, as vibrações ultrassónicas são acopladas diretamente ao elétrodo. Por conseguinte, a potência ultrassónica é transmitida à superfície molhada do elétrodo, onde a aceleração da superfície e o colapso das bolhas de cavitação em contacto com uma superfície produzem um jato de fluido a alta pressão contra essa superfície. A formação de jatos por ultrassons é um bom método para evitar e remover camadas de incrustação.

Informações úteis

Outros efeitos possíveis da agitação ultrassónica sobre um sistema eletroquímico incluem:

1. melhorar a hidrodinâmica e o transporte de massa;
2. afetar os gradientes de concentração e a alternância entre regimes cinéticos, com efeitos sobre o mecanismo e os produtos da reação;
3. ativação sonoquímica de reações de espécies intermédias que foram geradas eletroquimicamente; e
4. produção sonoquímica de espécies que reagem eletroquimicamente em condições nas quais o sistema sem ultrassons não é eletroquimicamente ativo.

Tipos de incrustação dos elétrodos

A incrustação resultante de interações hidrofílicas tende a ser mais reversível do que a incrustação resultante de interações hidrofóbicas. Os elétrodos com superfícies mais hidrofóbicas, como os elétrodos à base de carbono, podem promover incrustações que contêm componentes hidrofóbicos, como compostos aromáticos, compostos saturados ou alifáticos, ou proteínas. As macromoléculas biológicas, como proteínas e outros materiais biológicos, células, fragmentos celulares ou DNA/RNA, também podem causar incrustação da superfície dos elétrodos.